汽輪機(jī)旁路控制策略的研制與應(yīng)用

1 引言

　濟(jì)鋼余熱發(fā)電二期工程是三套組成 “2+2+2+1”建制的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，即每單元有兩臺(tái)煤壓機(jī)，兩臺(tái)燃機(jī)，兩臺(tái)鍋爐，一臺(tái)汽機(jī)組成。

　蒸汽輪機(jī)是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程發(fā)電的主體設(shè)備之一，利用蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機(jī)械能，由于汽機(jī)發(fā)電機(jī)組在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又處于高溫高壓下運(yùn)行，因此汽機(jī)控制系統(tǒng)連鎖控制，保護(hù)具有重要意義。

　 汽機(jī)系統(tǒng)采用dcs系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要包括汽機(jī)蒸汽系統(tǒng)壓力、溫度等的檢測(cè)、旁路系統(tǒng)、eh油系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)的檢測(cè)及相關(guān)控制。汽機(jī)的旁路系統(tǒng)為高低壓串聯(lián)系統(tǒng)，在機(jī)組啟動(dòng)過程中可以加速工質(zhì)的循環(huán)過程，提高機(jī)組的升溫、升壓速度，并根據(jù)壓力設(shè)定值控制減壓閥的開度使系統(tǒng)不致超壓。在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)可以有效地保護(hù)汽輪機(jī)并回收工質(zhì)。

2 控制系統(tǒng)

　 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

　 控制系統(tǒng)采用dcs集散控制系統(tǒng)，采用可靠的冗余技術(shù)。由上位監(jiān)控站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊網(wǎng)絡(luò)ethernet幾部分組成。包括中央i/o單元、擴(kuò)展i/o單元、cpu模塊、連接模塊、各種i/o模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制等功能。dp網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程站，通訊網(wǎng)絡(luò)ethernet用于連接監(jiān)控站并傳輸數(shù)據(jù)。

　 操作平臺(tái)windows2000 professional+sp4，開發(fā)軟件為包括：control builder f專業(yè)軟件。用于硬件配置，過程級(jí)和操作員站的組態(tài)，建立一個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。

　　digivis中文版 。用于流程顯示、報(bào)警信息管理、趨勢(shì)歸檔、各種記錄、系統(tǒng)診斷、操作控制等。

　 control it basic (xxx點(diǎn))。i/o點(diǎn)數(shù)的限制。

　 trend server作為趨勢(shì)服務(wù)器，收集歷史記錄。

　 控制系統(tǒng)下位編程軟件的實(shí)施過程中，針對(duì)工藝流程及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)，信號(hào)處理、電動(dòng)門控制、gps時(shí)鐘同步、系統(tǒng)通訊等功能采用組態(tài)軟件開發(fā)，調(diào)節(jié)回路組態(tài)采用功能圖開發(fā)方式。

　監(jiān)控界面完成系統(tǒng)的模擬量、開關(guān)量、脈沖量、溫度量，保護(hù)信息等的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、判別、報(bào)警、保護(hù)，事件順序記錄（soe），報(bào)表統(tǒng)計(jì)，曲線分析，并根據(jù)需要向現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)測(cè)控單元層發(fā)布命令實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的控制和調(diào)節(jié)。該界面友善、方便、數(shù)據(jù)庫安全、可靠。在集中控制室內(nèi)操作，控制臺(tái)是機(jī)組運(yùn)行監(jiān)視、控制的中心，控制臺(tái)上布置有crt操作站。除了保留幾個(gè)緊急事故按鈕外，全部采用上位機(jī)操作，也可用大屏幕對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控、操作。

　2.2 主要功能及控制策略

　 汽機(jī)啟動(dòng)分為三種模式：自動(dòng)、手動(dòng)、半自動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)完成后，汽機(jī)速度控制在最小速度。在怠速/額定狀態(tài)下最小速度為怠速值，在順序啟動(dòng)狀態(tài)下最小速度低怠速值。自動(dòng)順序啟動(dòng)完成了從低怠速保持至暖機(jī)，到高怠速，到設(shè)定的比率速度的整個(gè)過程的自動(dòng)完成。暖機(jī)時(shí)間及加速速率取決于汽機(jī)是冷啟或熱啟。

　為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，在汽輪機(jī)上一般設(shè)置了各種自動(dòng)保護(hù)設(shè)備。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超過機(jī)組安全運(yùn)行允許的范圍時(shí)，它將及時(shí)動(dòng)作，使汽輪機(jī)自動(dòng)停機(jī)，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。旁路系統(tǒng)裝置是發(fā)電機(jī)組重要的設(shè)備，旁路系統(tǒng)設(shè)備的可靠性對(duì)電廠安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行影響較大，它確保熱力設(shè)備啟動(dòng)和運(yùn)行安全；盡量延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命；提高機(jī)組的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

3 旁路系統(tǒng)（bpc）

　 旁路系統(tǒng)控制策略能夠滿足機(jī)組在啟動(dòng)、正常運(yùn)行、甩負(fù)荷工況下，各閥門自動(dòng)或手動(dòng)（遙控操作）的進(jìn)行快速啟動(dòng)。能保證當(dāng)主汽、再熱蒸汽運(yùn)行壓力、溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，旁路裝置能自動(dòng)打開或關(guān)閉，并按機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行壓力、溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到恢復(fù)正常值。旁路系統(tǒng)保證新蒸汽的壓力或溫度高于設(shè)定的工作壓力時(shí)，能夠及時(shí)打開，放掉一部分蒸汽，從而保證進(jìn)入主汽門的壓力穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。進(jìn)入旁路的蒸汽最終進(jìn)入凝汽器，由于蒸汽溫度較高，在旁路系統(tǒng)設(shè)有二級(jí)減溫。另外，在旁路系統(tǒng)備有聯(lián)鎖，當(dāng)系統(tǒng)中某些工藝參數(shù)不滿足時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的快開或快關(guān)動(dòng)作。旁路流程如圖1。

　　　　　　　　　　　　　　　 圖1 旁路流程圖

　 3.1 功能設(shè)置

　 汽機(jī)旁路為高、低壓兩級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)。高壓旁路被控對(duì)象為減壓閥、噴水隔離閥、噴水調(diào)節(jié)閥；低壓旁路為減壓閥、一級(jí)噴水調(diào)節(jié)閥、二級(jí)噴水閥。所有閥門由單速電動(dòng)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)。旁路控制系統(tǒng)有啟動(dòng)、溢流和安全三個(gè)主要功能（即三用閥功能），此外還有回收工質(zhì)、暖管、清洗、減少汽閥和葉片侵蝕等功能。

　 （1）啟動(dòng)功能：其目的是為改善機(jī)組的啟動(dòng)特性而設(shè)置的。可以提高鍋爐在啟動(dòng)過程中的燃燒率；使蒸汽溫度與汽輪機(jī)缸溫得到最佳匹配；從而縮短機(jī)組啟動(dòng)的時(shí)間，減少壽命損耗。

?。?）溢流功能：其目的實(shí)際為吸收機(jī)、爐之間的不平衡負(fù)荷而設(shè)置的?？梢耘判箼C(jī)組在負(fù)荷瞬變過度過程中的剩余蒸汽；調(diào)整穩(wěn)定爭(zhēng)氣壓力；維持鍋爐在不投油情況下的最低穩(wěn)燃負(fù)荷。

　 （3）安全功能：取代鍋爐安全閥的功能。機(jī)組旁路系統(tǒng)投入備用后，當(dāng)機(jī)組的機(jī)前實(shí)際壓力與機(jī)組高壓旁路壓力設(shè)定值差值大于旁路超壓偏置設(shè)定值時(shí)，旁路系統(tǒng)將自動(dòng)參與壓力調(diào)節(jié)，維持主蒸汽壓力等于設(shè)定值。

　 3.2 旁路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、控制和保護(hù)功能

　 鍋爐點(diǎn)火前高、低壓旁路處于關(guān)閉狀態(tài)，旁路系統(tǒng)如投入自動(dòng)，系統(tǒng)按照一定的曲線開啟閥門。當(dāng)達(dá)到汽機(jī)的沖轉(zhuǎn)參數(shù)時(shí)，deh向bpc發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，高、低壓旁路按照一定的邏輯關(guān)閉，正常工況下它不再開啟。